清华大学物理系主任段文辉教授访谈：庆祝清华大学物理学百年校庆
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我的学术生涯始于1981年在清华大学攻读物理学，先后获得学士和硕士学位，并于1992年获得博士学位。之后，我在钢铁研究总院从事博士后研究，1994年回到清华大学物理系担任教职。
问：您一直都在中国学习和工作吗？
在清华大学期间，我曾两次出国进行研究访问，第一次是1996年至1999年在美国明尼苏达大学，第二次是2002年至2003年在美国加州大学伯克利分校。
问：您的研究重点是什么？
我的职业生涯一直致力于运用和发展理论计算方法，从原子和电子的微观层面理解、预测和设计材料的物理性质。我的工作是尝试使用“计算显微镜”来探究材料的基本性质，并为新材料的研发绘制蓝图。从基础理论到潜在应用的这段旅程充满挑战，但也极具意义。
问：您能举几个例子吗？
一方面是拓扑量子材料的理论研究。我们开展了理论工作，预测了二维系统中量子自旋霍尔效应的潜力，并探索了拓扑半金属等新型物质状态。另一方面是低维和人工微结构的物理学。我的研究团队长期致力于研究石墨烯和二维磁性材料等低维系统的电子结构、磁性和光学响应。最近，我们的团队在一种二维磁性材料中发现了一种新型的自旋手性驱动的非线性光学效应。
问：您的这项工作中是否使用了人工智能？
是的。我们近期的一个重要研究方向是开拓人工智能与计算材料科学的融合。我们正在开发与主流计算框架兼容的深度学习模型，以提高模拟复杂材料系统的效率，并加速新材料的发现。
问：清华大学在物理学研究的哪些领域较为活跃？
我们系拥有强大而全面的研究布局。我们的研究主要可概括为三个核心方向。首先是凝聚态物理，这历来是我们规模最大、最突出的研究领域之一。该领域的研究涵盖了从基础量子现象到未来技术材料设计等各个方面。
在实验方面，我们的研究领域包括拓扑量子材料、高温超导、二维系统和新型磁性现象。清华大学近期发现的量子反常霍尔效应就是一个例子。包括我们团队在内的理论研究人员则致力于利用第一性原理计算和模型分析来预测新的量子态并理解复杂的电子行为。
一个更加多元化的国际社会能够带来重要的视角，挑战既有假设，激发创新，并将我们的集体工作提升到全球标准。
问：另外两个领域的情况如何？
第二个领域是原子、分子和光学物理。主要研究方向包括用于复杂多体问题量子模拟的超冷原子、量子光学、量子通信和精密测量科学。该领域的研究工作通常提供物理平台和技术，从而推动量子信息科学的发展。
另一个研究领域是核物理和粒子物理：在粒子物理方面，我们的教职员工和学生参与了大型强子对撞机等重要的国际合作项目。除了这些核心方向外，我们的研究还侧重于天体物理与宇宙学、生物物理学等领域的项目。新兴的量子信息科学领域也几乎将所有这些领域联系起来，使其成为我们当前研究环境的一个显著特征。
问：清华大学在物理学的哪些领域可以加大投入？
一是将人工智能和机器学习与基础物理研究相结合。在我所在的计算材料科学领域，我们已经在利用人工智能加速新的量子材料的发现，并以前所未有的速度预测其复杂性质。这种方法应该在整个系内推广和深化——从利用人工智能分析粒子对撞机和引力波探测器的数据，到开发用于量子多体问题和天体物理模拟的新算法。
问：还有其他领域吗？
我们还必须加大力度研发和应用量子技术。我们在量子信息、量子光学和量子材料领域已经拥有优秀的研究团队，下一步是将这些优势结合起来，用于构建功能性量子系统。
问：清华大学与哪些主要的国际机构开展合作？
在国际上，我们的研究人员参与了多个“大科学”项目，例如用于直接探测暗物质的XENON国际合作项目、欧洲核子研究中心的ATLAS、CMS和FASER等粒子物理实验，以及引力波天文学领域的LIGO合作项目。
问：在国内有哪些合作？
在国内，我们与中国科学院物理研究所和北京量子信息研究院开展合作，尤其是在凝聚态物理和量子科学等领域。我们也重视与产业界的合作，一个显著的例子是我们与富士康的长期合作，我们系内成立了富士康纳米科技研究中心。
问：清华大学物理系有多少学生和教职工？
我们拥有一个超过900人的学术群体：85名教职员工、约100名教辅人员、420名研究生和320名本科生。
问：你们有多少外籍师生？
我们目前有4位外国教授，以及11名国际本科生和5名国际博士生——他们分别来自马来西亚、德国、白俄罗斯、俄罗斯和伊朗。
问：您希望看到这些数字增长吗？
是的，但我更强调质的提升而非量的增加。一个更加多元化的国际社群能够带来重要的视角，挑战既有假设，激发创新，并将我们的集体工作提升到全球标准。我们正努力营造一个更加友好和支持性的环境——通过专门讨论国际化问题、促进研究合作以及举办全球性会议。
我希望人们记住的不仅是我们的发现，更是我们搭建起解决重大问题的关键研究“桥梁”。
问：为什么清华大学是一个有吸引力的工作场所？
清华大学的魅力不在于任何单一特质，而在于其独特的科研创新生态系统。首先，清华大学在科学和工程领域实力雄厚，为跨学科研究提供了天然的孵化器。我自身的研究，尤其是在将先进计算方法与材料发现相结合方面的研究，得益于与相关领域顶尖专家的合作，取得了显著进展。
其次，是学术自由与责任的平衡。大学提供充分的学术自由和长期支持，使研究人员能够探索高风险的基础性问题，而不必仅仅受限于短期成果。与这种自由相伴的是强烈的责任感，即为国家和全球科学事业做出贡献，这种精神深深植根于清华的传统之中。
第三，是学生的素质。能够与一些最有才华、最有干劲的中国青年才俊交流，或许是我最大的荣幸。他们的好奇心、严谨的治学态度和新颖的视角不断挑战和启发着我的思考。指导他们从有前途的本科生成长为独立的研究人员，是我们在此构建的科学传承的核心组成部分。
问：为了庆祝清华大学物理学百年校庆，你们计划举办哪些活动？
我们计划开展一系列活动，包括出版更新版的系史，正式记录我们从1926年至今长达一个世纪的发展历程；制作一部百年纪念纪录片；举办校友访谈系列活动和系内展览，以视觉化的方式展现我们的历史和科研贡献。
我们正与中国物理学会、中国科学院、国家自然科学基金委员会以及英国物理学会出版社合作，全年出版纪念特刊。清华大学还将举办一系列高水平学术论坛和系列讲座。全年庆祝活动的压轴环节是9月5日（星期六）举行的百年校庆纪念大会。
问：您对清华大学未来一百年有什么期望？
首先，我希望我们能成为全球领先的物理学创新中心：将人工智能直接融入我们研究的核心环节。这意味着我们不能仅仅将人工智能视为一种工具。我设想，未来人工智能将积极帮助我们构建关于量子材料的新理论，指导天体物理学和粒子探测领域关键实验的设计，甚至控制先进的仪器进行复杂的测量。我们的目标应该是开创“人工智能-科学家”的合作模式，使其像使用显微镜一样自然。
其次，我希望我们不仅因科学发现而闻名，更因构建解决重大问题的关键研究“桥梁”而为人所知。这意味着与工程学院深度合作，将量子科学转化为可靠的技术；同时与生命科学和环境科学学院合作，将物理原理应用于应对健康和可持续发展等方面的全球性挑战。我们致力于培养的学生，不仅技术过硬，而且拥有高尚道德情操和积极进取精神。
如果我们成功，清华物理系不仅将继续为科学界做出有意义的贡献，而且也将为人类理解世界的更广泛努力做出贡献。这正是我们努力追求的永恒遗产。